度湖南省重大水利.docx

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度湖南省重大水利

2017年度湖南省重大水利

科技计划项目申报指南

课题1：

基于地貌水文响应单元的湖南省山丘区小流域洪水模拟与预报方法研究

①研究背景和总体目标

当前洪水风险管理措施及技术研究，主要集中在大江大河及中下游平原洪泛区。

针对山丘区小流域洪水风险特性及风险管理相关技术研究还比较少。

早期的产流模型通常为单一产流机制，即蓄满产流和超渗产流。

然而，由于山丘区小流域暴雨洪水具有流域坡度大、降雨历时短、产流汇流快等特性，单一的产流机制往往难以准确描述其产流过程，因此，应研究更接近实际产流过程的混合产流模型。

当前的小流域洪水计算模型，主要是推理公式法、瞬时单位线、经验公式法等黑匣子模型，这些模型不能反映洪水汇流的物理过程，且难以推广到无资料地区，因此，有必要研究物理机理更强且易于推广的汇流计算模型。

本课题主要是在研究更接近实际物理过程的产流和汇流计算方法的基础上，提出基于地貌水文响应单元的湖南省山丘区小流域洪水计算模型及预警预报方法。

②重点研究内容

在湖南省典型山丘区选取典型小流域，开展以下研究工作：

1）研究融合超渗/蓄满产流机制的混合产流计算方法，提出适用于短历时、强降雨条件下小流域暴雨产流计算模型；

2）研究基于地貌条件、下垫面特征的适用于无资料山丘区的地表汇流计算方法，提出适合山丘区小流域的汇流计算模型；

3）研究基于地貌水文响应单元的湖南省山丘区小流域洪水模拟方法，研制适用于山丘区小流域的洪水模拟系统；

4）研究降雨预报的多源融合技术，探究提高山丘区小流域降雨预报精度和准度的方法；

5）研究山洪灾害动态预警的基本方法和动态预警系统的基本构架，开发典型流域山洪灾害动态预警系统。

③预期考核目标

1）提出适用于湖南省山丘区小流域短历时、强降雨条件下的暴雨产流计算模型；

2）提出基于地貌条件、下垫面特征的适用于无资料山丘区的地表汇流计算模型；

3）开发适用于山丘区的基于地貌水文响应单元的小流域洪水模拟系统；

4）提出降雨预报的多源融合技术，提高山丘区小流域降雨预报精度和准度的方法；

5）提出山洪灾害动态预警的基本方法和动态预警系统的基本构架，并开发典型流域山洪灾害动态预警系统。

课题2：

湖南省流量在线监测综合测试关键技术研究

①研究背景和总体目标

水资源总量与时空分布是区域水资源开发利用、城市安全用水、水工构筑物建设和防汛抗旱决策的重要依据。

传统水文站采用流速仪结合常规缆道或测船进行流量测验，时间长、劳动强度大、工作效率低、安全隐患多，且存在流量测验不及时，测验精度受人为影响。

因此，传统水文站有进行自动化改造的迫切需求。

目前全省共有142个雷达波在线测流站，由于雷达波探头供货厂家多，直接导致对前期巨大的建设投入，后期投入运行后提交的成果不能完全达到流量测验精度要求。

通过本课题的研究，全面提高我省流量在线监测技术与水平。

②重点研究内容

1）针对流量在线监测的不同传感器及不同测流方式进行技术分析；

2）选取合适且具有代表性的站点进行各类测流方式对比研究；

3）开发流量在线监测综合测试管理平台，将“分散”、“偏远”的无人值守的各类在线监测站进行统一管理与远程控制，以便集中管理各在线测流站设备的运行参数、测流成果、视频信息等数据，并能对数据的查询与下载；

4）对“管理平台”收集的监测数据进行分析研究，构建流量在线监测设备和河流断面、流态相对应的数学模型，为后续水文站选址提供技术指导及决策支持。

③预期考核目标

1）提出不同的测流方式及传感器所适用的最佳河道断面工况及应用环境；

2）开发一套测站综合管理平台，将各类在线监测站进行统一管理与远程控制，为各级管理人员提供流量监测数据、视频监控信息等数据的查询与下载。

课题3：

衡邵干旱走廊生态海绵小流域建设研究

①研究背景和总体目标

洪旱灾害（易洪、易旱）是制约衡邵地区经济发展最突出最严重的水资源问题。

该地区缺少建设大中型水库的地形地貌条件、大中型蓄、引、提水工程匮乏，水资源开发利用率低，工程性缺水严重。

立足该区域水资源开发利用条件，研究区域内水资源高效调配方案，提高自然水资源开发利用程度；立足现有中小型水利工程设施，应用生态海绵小流域建设理念，研究水资源储存、调度及合理利用方案，针对衡邵干旱走廊地区日益突出的水问题，建立一套区域水资源兴利避害管理体系。

②重点研究内容

1）衡邵干旱走廊地区洪旱灾害调查及诊断；

2）区域水资源量分布特征及合理调配潜力；

3）生态海绵小流域基本理论及其应用条件；

4）生态海绵小流域创建及其应用。

③预期考核目标

1）提出衡邵干旱走廊生态海绵小流域建设理论；

2）提出基于生态海绵小流域理念的中小流域治理及水资源调控模式。

课题4：

湖南省水库大坝安全隐患与风险管理研究

①研究背景和总体目标

湖南省水库大坝安全管理相对薄弱，随着极端天气频发，水库大坝安全面临严峻挑战。

目前我省水库大坝溃坝与洪水分析、大坝风险与调控、除险技术与决策、应急对策与管理等科学问题尚不明确，有必要在大坝基础数据挖掘、安全监测预警、风险管理等方面开展研究。

这些水库大多建于上世纪50~70年代，其坝工类型多，有些还是国内稀有坝型，限于当时的技术水平和经济条件，经过几十年的运行，大多已处于病险状态。

2000年以来，国家投入大量资金开展病险水库除险加固，并不断加强水利工程管理与改革，工程整体安全状况大为改善。

但受多种不确定性因素的影响，溃坝事故仍偶有发生，大坝安全风险管理相对薄弱，迫切需要对水库大坝安全保障关键技术进行研究。

通过本课题研究，厘清全省各类坝型安全隐患成因及类别，建立湖南省水库大坝风险管理决策支持体系。

②重点研究内容

1）基于湖南省水库大坝坝工情况普查，对不同坝型进行风险分析;

2）对库坝除险加固工程开展质量后评价研究;

3）湖南省水库大坝风险管理决策关键技术研究。

③预期考核目标

1）厘清湖南省水库大坝安全隐患类别及其成因；

2）建立湖南省水库大坝风险管理决策支持体系。

课题5：

土石坝全生命周期性能演化及安全评价关键技术研究

①研究背景和总体目标

我省现有水库14121座，其中95%以上为土石堤坝，运行过程中频繁遭遇雨水侵蚀、库水浸泡、洪水冲刷、干旱及人类活动等影响，时常发生流土、管涌等渗透破坏，甚至出现溃坝。

目前的安全评价和设计体系中，分析计算时仅考虑理想气候状态和单个典型断面，未能考虑实际降雨情况、气候干湿变化及坝体材料与坝基岩土性能的空间变异，安全评价未考虑坝体性能的演化。

我省水库大坝安全鉴定多集中在2008年前后完成，按照规范要求10年需进行一次安全鉴定，即将面对第二次大规模的安全评价任务，为简化评价工作和探索网络平台评价，并结合大坝巡视检查建立综合评价系统是目前迫切需要解决的问题。

②重点研究内容

1）土石坝典型坝基岩体及坝体材料力学性能及其演化规律研究；

2）土石坝在降雨、水位涨落等多因素作用下渗流、变形及其耦合作用分析方法研究；

3）基于动态监测信息的土石坝性能及稳定性评价方法研究；

4）构建土石坝安全评价体系，开发土石坝安全评价平台兼大坝巡视检查综合评价系统；

5）工程应用示范研究。

③预期考核目标

1）揭示土石坝全生命周期大坝性能演化规律；

2）建立土石坝的渗流及稳定性评价方法；

3）构建和完善土石坝安全评价体系，开发土石坝安全评价平台。

课题6：

考虑堆石料流变特性的面板堆石坝变形及风险预警研究

①研究背景和总体目标

面板堆石坝在我国有着广泛应用，我省也有不少水库、常规电站及抽水蓄能电站的大坝采用了面板堆石坝。

变形控制是大坝设计和施工的重要考量因素，除大坝建设堆筑过程的变形，由流变导致的长期变形是面板堆石坝的一个关键问题，其对面板应力变形、面板周边裂缝位移、面板与防浪墙接缝变形等有着重大影响，直接关系到坝体的工作性状。

堆石体的流变变形对面板堆石坝坝体变形影响不可忽视，不仅会影响防渗性能，严重时甚至会影响坝体稳定。

随着已建、在建及规划中的面板堆石坝数量的增加，有必要深入开展考虑堆石料流变特性的变形分析。

通过本课题研究，构建考虑流变特性的材料本构模型，开展面板堆石坝变形的三维分析，进行大坝风险预警，为管理部门的科学决策提供技术支撑。

②重点研究内容

1）研究堆石料蠕变量与时间、力学强度、应力路径等多个参数的关系；

2）构建常用堆石料的流变本构模型；

3）选择典型面板堆石坝工程，进行变形模拟并进行风险预警研究；

4）分析可降低坝体长期变形的工程措施。

③预期考核目标

1）建立堆石料流变本构模型；

2）开发面板堆石坝变形分析三维模型；

3）建立面板堆石坝变形风险预警系统；

4）提出可降低坝体长期变形的工程措施和实现方法。

课题7：

基于澧水补偿条件下洞庭湖北部水生态环境调控措施研究

①研究背景和总体目标

洞庭湖是长江重要的调蓄湖泊和国际重要湿地，同时担负着长江流域生态安全、水安全和国家粮食安全的重大责任。

受上世纪60、70年代荆江裁弯和上游水库群建设影响，特别是三峡水库运行后，清水下泄，江湖关系发生严重调整，长江通过荆南三口进入洞庭湖水量减少、断流时间延长，由此带来了洞庭湖北部地区缺水严重、水质恶化、生态功能退化等问题。

通过本课题研究，提出基于澧水补偿条件下洞庭湖北部水生态环境调控措施，为有效改善洞庭湖北部水生态环境提供技术支持。

②重点研究内容

1）洞庭湖北部水资源、水生态、水环境评价。

对洞庭湖区北部地区水生态环境现状、水资源开发利用程度进行分级和评定；

2）洞庭湖北部水生态环境变化情势研究。

研究变化水沙条件下洞庭湖区水资源、水生态、水环境时空分布特征以及动态变化规律和趋势，为分析水生态环境承载能力提供依据；

3）基于澧水补偿的洞庭湖区水生态环境调控措施研究。

以保护洞庭湖北部地区水资源、水生态、水环境为目标，进行区域水资源平衡分析，提出基于澧水补偿条件下的水生态环境调控方案。

③预期考核目标

1）厘清洞庭湖区北部地区水生态环境现状、水资源开发利用程度；

2）掌握变化水沙条件下洞庭湖区水资源、水生态、水环境时空分布特征以及动态变化规律和趋势；

3）提出基于澧水补偿条件下的水生态环境调控方案。

课题8：

洞庭湖区非常洪水蓄洪减灾对策研究

①研究背景和总体目标

三峡运用后城陵矶水情变化，2016年汛期三峡最大下泄3万m3/s，但城陵矶水位34.27m，逼近分洪控制水位；且中小洪水减少后湖泊湿地生态利用与洪水调节功能发挥出现新的变化。

洞庭湖区蓄洪垸分为重点、一般和保留三类，工情出现新变化，钱粮湖等三大垸及三小垸分洪闸等蓄洪工程在兴建，具备按计划分洪条件。

经济社会快速发展，有必要明晰三峡运用后，洞庭湖防御1954年标准洪水和1870年超标准洪水的对策。

通过本课题研究，建立洞庭湖蓄洪减灾工程二维数字模拟模型，提出基于蓄泄兼筹的蓄洪减灾工程对策，为洞庭湖区防洪减灾提供技术支持。

②重点研究内容

1）基于二维数字模拟，进行洞庭湖区蓄洪减灾模拟；

2）以三峡调节后的1870、1935、1954、1996等洪水通过蓄洪工程运用的减灾对策；研究洞庭湖频率洪水问题及初步对策；

3）研究江南陆成垸蓄洪行洪作用；

4）研究东洞庭湖洲滩蓄洪利用。

③预期考核目标

1）建立洞庭湖蓄洪减灾工程二维数字模拟模型；

2）基于多层次蓄洪工程使用，构建非常规洪水的减灾技术体系；

3）提出基于蓄泄兼筹的蓄洪减灾工程对策。

课题9：

七弓岭弯道自然裁弯形式与临界条件及其对洞庭湖水文情势影响研究

①研究背景和总体目标

七弓岭弯道地处洞庭湖入汇段，三峡水库蓄水以来，伴随着长江中下游水沙条件的改变，七弓岭弯道出现较为显著的冲淤调整，尤其是七姓洲、八姓洲弯道均出现了凸岸侧冲刷，凹岸侧淤积的现象，两洲体之间的顺直过渡段狭颈宽度因崩岸进一步缩短，急弯段存在由当前的“撇弯切滩”发展为自然裁弯的极大可能性，一旦狭颈段冲开，势必造成荆江三口分流分沙、洞庭湖入汇口水流条件等的进一步改变，给洞庭湖防洪及水资源利用带来新的问题。

通过本课题研究，掌握七弓岭弯道水文泥沙条件及河道冲淤变化规律，充分认识七弓岭自然裁弯的内外部条件，模拟计算七弓岭自然裁弯发生的可能形式、部位及临界条件，了解可能发生的裁弯形式及不同形式对于城陵矶附近防洪及荆江三口分流、断流的具体影响。

②重点研究内容

1）水文情势变化特征研究；

2）河床冲淤变化规律研究；

3）急弯段岸坡稳定性研究；

4）下荆江自然裁弯成因研究；

5）七弓岭弯道自然裁弯形式及临界条件研究；

6）七弓岭弯道自然裁弯对洞庭湖水文情势影响研究。

③预期考核目标

1）掌握七弓岭弯道水文泥沙条件及河道冲淤变化规律；

2）明确七弓岭弯道岸坡稳定性及可能发生大幅度崩塌的区域；

3）掌握七弓岭自然裁弯的内外部条件；

4）明确七弓岭可能发生自然裁弯及其影响；

5）了解可能发生的裁弯形式及不同形式对于城陵矶附近防洪及荆江三口分流、断流的具体影响。

课题10：

“河长制”背景下的河湖管理实用技术研究

①研究背景和总体目标

在全面推行河长制管理的背景下，摸清掌握河道基本情况，建立河道信息管理系统，可为开展河道管理工作提供第一手河道基础数据，有效利用普查数据，为河道精细化管理、落实河长制提供基础平台。

②重点研究内容

采用遥感影像解译和实地调查相结合的研究方法，观测河道、周边驳岸及景观变化情况，获取河斑面积、河道长度等信息；建立河道Webgis系统管理河道的空间位置信息和属性信息，实现河道信息的可视化展示和空间分析；实现河道普查成果的自定义专题制作，为河道管理提供决策依据。

结合“河长制”制度研究，提出政策与信息技术相结合的综合河湖管理体系。

③预期考核目标

1）提出3S技术等实用技术在河湖管理中的应用方法；

2）提出“河长制”背景下的河湖管理考核指标体系。

课题11：

洞庭湖区崩岸预测与防治技术研究

①研究背景和总体目标

洞庭湖是长江中游重要的调蓄湖泊，湖区防洪大堤长近六千公里，三峡工程建成运行后，由于江湖关系的改变，湖区崩岸时有发生，仅安乡县境内松滋东支2009年21处，长3.4公里，严重危及沿线居民生命财产安全。

已有研究成果表明，三峡蓄水运用后，无论藕池河水系还是松滋河水系，在前几十年为冲刷阶段，藕池河约在第10年左右冲刷达到最大，松滋河在第40～45年冲刷达到最大，要达到冲淤平衡，时间要上百年。

由于主汛期前（2～5月）三峡要加大下泄，空库待蓄，因此松滋河等入口分流量增加，造成汛前大量的大堤崩岸、垮塌。

通过本课题研究，明确湖区崩岸机理，建立洞庭湖区崩岸预测模型，并有针对性的提出防治措施，为洞庭湖崩岸治理提供技术支持。

②重点研究内容

1）三峡水库调节后湖区典型崩岸形成机理研究；

2）洞庭湖区崩岸预测研究；

3）湖区崩岸的工程防治技术研究。

③预期考核目标

1）揭示洞庭湖典型崩岸形成机理，明确不同地质条件下堤防的崩岸形式及形成原因；

2）建立湖区崩岸预测模型；

3）针对现阶段湖区崩岸机理的特点，提出适宜的护岸技术。

课题12：

综合措施下多沙河流高水头水电站水轮机抗沙蚀关键技术研究及应用

①研究背景和总体目标

我国是多泥沙河流大国，水轮机泥沙磨损非常严重，是当前国内外未能有效解决的一大技术难题。

水轮机泥沙磨损的防护，是一项多学科的系统工程，必须采取综合治理措施。

在泥沙含量较高的水电站，特别是高水头电站中，泥沙问题处理的好坏，直接关系到工程的成败，应当引起高度的重视。

随着我国西部大开发的持续推进，将陆续建设一批重点水利水电工程，因此，结合典型水电站工程设计，尽快安排对抗过机泥沙磨蚀进行深入研究总结分析，对今后高水头含沙水流电站的开发和已建高水头含沙水流电站的经济安全运行有重要意义。

②重点研究内容

1）从源头上采取工程措施，减少机组的过机泥沙：

通过对上游水库泥沙数学模型计算分析及物理模型试验，确定水库的合理调度，减少机组的过机泥沙；设置沉沙池等。

2）机组采取一定的抗磨蚀措施，延长机组使用寿命：

从水轮机参数选择上选取空化性能优秀，稳定性高的转轮；从水轮机制造材料、结构及工艺方面采取抗泥沙磨蚀措施，并对过流部件进行喷涂，对不同的喷涂材料进行比较，最终选择适合电站的喷涂材料；水轮机运行方面，建议电站运行时，加强对过机泥沙和水轮机泥沙磨损量的监测，找出对水轮机磨损量与泥沙含量的关系，在泥沙含量大的季节停机，以减少机组的磨损。

③预期考核目标

1）通过数模计算和物模试验，最终确定水库的合理调度，减少经过水库后的泥沙含量；

2）选择适合电站机组抗磨蚀措施，延长机组的使用寿命，节约后期更换设备的成本；

3）为类似高水头电站抗泥沙磨蚀处理措施提供工程经验和实例，选择合理的泥沙处理措施，显著降低后期更换设备的费用，降低工程造价。

课题13：

基于生态功能提升的湖南省水土流失治理模式、措施及示范研究

①研究背景和总体目标

我省现有水土流失面积37357.47km2，年均土壤侵蚀总量11981.07万t，其中约50%来自耕地。

近年来，虽然陡坡开垦、乱砍滥伐得到控制，但由于顺坡耕作、林种单一、土地利用不当等现象存在，侵蚀土壤肥力下降严重，林下流问题突出。

此外，随着人口增加、城镇用地扩展，城市化进程加快，我省人地关系矛盾日益突出。

在此背景下，水土流失不仅造成区域环境破坏、生态退化，并使区域生态系统服务价值受损，制约经济社会的可持续发展。

以生态系统服务功能提升为目标，研究我省水土流失的治理措施、模式，并进行示范，成为推动我省生态环境保护的重点，也是解开经济社会发展瓶颈的关键。

②重点研究内容

1）近20年来湖南省水土流失演变过程及驱动机制研究

2）基于生态功能的近20年来湖南省典型水土流失治理措施模式对水土流失的响应和作用机理。

3）生态防护型水土流失治理措施、模式和示范研究。

4）高效开发型水土流失治理措施、模式和示范研究。

5）工程建设型水土流失治理措施、模式和示范研究。

③预期考核目标

1）揭示湖南省水土流失的演变规律及关键驱动因子；

2）明确湖南省水土流失治理措施模式对水土流失的响应机制及生态功能效应；

3）从生态服务功能提升的角度提出湖南省不同类型水土流失的治理措施和模式，并实现示范。

课题14：

湖南省大中型水利工程BIM技术标准化设计及应用研究

①研究背景和总体目标

BIM是一种多维信息模型的大数据、全流程、智能化管理技术，是水利行业规划设计、工程建设、运行管理一体化、信息化的最佳解决方案。

开展我省大中型水利工程的BIM标准化设计及应用研究，探索BIM在设计、施工、建设、运维等工程全生命周期中的应用，实现勘察设计技术的升级。

并通过技术总结，形成可以推广的系列成果，以点带面分阶段有序推动BIM技术在省内水利工程中的应用。

②重点研究内容

1）研究建立基于BIM的水利工程勘察设计流程与工作模式。

2）研究以BIM模型和信息数据为中心的设计模式，制定BIM设计标准和三维协同设计工作平台。

建立适合水利工程设计的BIM资源库、标准库、工具库。

3）整合水利工程勘测、设计、建设等各环节的数据，建立多维BIM模型数据库。

4）以三维模型为基础，研究不同阶段BIM设计成果交付细节，制定企业级BIM设计成果交付标准以满足成果应用需求，为性能和功能模拟分析、优化、可视化沟通、三维报建、三维审图等工作提供运行数据。

研究我省水利工程设计数字交付技术标准。

③预期考核目标

1）完成大中型水利工程地质勘察、地形测量、水工结构、机电、建筑、施工等专业的BIM标准化设计。

2）实现大中型水利工程在勘测、设计、建设等各环节基于同一个多维信息模型的协同管理。

3）为典型水利工程建设提供多维数字化设计成果，完成数字交付示范应用。

4）建立满足我省水利工程勘测参数化、标准化设计的典型BIM数字水利工程设计模板。

5）为我省水利工程提供BIM技术应用标准，建立水利、灌区BIM标准化设计体系。